CN105232023A - 一种胎心音去噪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胎心音去噪的方法，通过对采集的胎心音信号分段，选取采集质量较好的段为基准，进行经验模式分解，将信号分解为多个IMF分量，然后对前两个IMF分量进行离散小波变换，再对变换后的信号进行ICA(独立成分分析)分析估计得到两个独立子波；然后将这两个独立子波分别与胎音信号的每一段组合，通过ICA方法分离该混合信号，提取得噪声较少的信号，称之为较为纯净的信号；最后对提取到的比较纯净的胎音信号做进一步的分析，就能得到了去噪后的胎心音信号，能为怀孕期间的胎儿检测与监护提供准确、快捷、高质量的胎心音信号。

Description

一种胎心音去噪的方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种胎心音去噪的方法。

背景技术

怀孕期间的胎儿检测时母婴保健的重要过程，进行长期有效监控的胎儿检测，可以帮助产科医生确定胎儿的健康，尽可能早诊断，早治疗。

目前对检测胎儿健康的技术很大程度上市依靠超音波影像，但是这种技术不能提供长期的对胎儿疾病的预测。胎儿心音的提取可以通过在母体腹部放置一个敏感的传感器来实现，然而由于母体内羊水和母体组织的声波阻尼，我们所能听到的声音能量非常低。所以，该信号常常受到来自母体、外界环境以及传感器自身所造成的噪声干扰。又加上胎儿心音的能量低，频谱范围广泛(20-150Hz)，使得提取胎儿心音变得很困难。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种胎心音去噪的方法，通过经验模式分解技术和盲源分离技术对胎心音信号进行去噪，提取到比较纯净的胎音信号，为怀孕期间的胎儿检测与监护提供了一种新的方式。

采集的胎儿心音信号一般会受到母体心音、环境噪音和仪器噪音的干扰，使得胎音被覆盖，也会使后续的分析处理变得更加困难。本发明的目的在于通过对采集的胎心音信号分段，选取采集质量较好的段为基准，进行经验模式分解，将信号分解为多个IMF分量，然后对前两个IMF分量进行离散小波变换，再对变换后的信号进行ICA(独立成分分析)分析估计得到两个独立子波。将这两个独立子波分别与胎音信号的每一段组合，通过ICA方法分离该混合信号，提取得噪声较少的信号，称之为较为纯净的信号。对提取到的比较纯净的胎音信号做进一步的分析，就能得到了去噪后的胎心音信号，能为怀孕期间的胎儿检测与监护提供准确、快捷、高质量的胎心音信号。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种胎心音去噪的方法，其方法步骤如下：

A、对胎心音信号X进行分段：对胎儿心音的一个胎音周期的采集得到胎心音信号X，根据采样频率计算出一个胎音周期的最大点数是A，以及胎心音信号X的总长度L；根据公式N＝L/A计算出胎心音信号X的最少分段数N，并在胎心音信号X的最大点值进行分段：

B、确定基准胎音信号S：其步骤如下：

b1、计算步骤A中胎心音信号X各个分段的信噪比，选出所有分段中信噪比中的最大值和最小值，求得最大值和最小值的平均值为阈值T；

b2、将胎心音信号X中的所有分段与阈值T进行比较，如若连续三个段的信噪比均大于阈值T，则将这三个段保存并作为基准胎音信号S；

C、对步骤B中的基准胎音信号S进行EMD分解，选取前两个IMF分量IMF1、IMF2，然后对IMF1、IMF2两个IMF分量进行DWT离散小波变换，并将变换后的IMF1、IMF2记为a1、a2；然后将a1、a2混合到一起，再用ICA方法解混，得到两个独立子波函数M1、M2；

D、对胎心音信号X从头到尾依次取基准胎音信号S信号长度的数据xi，将xi与M1、M2组成混合信号，再用ICA方法解混，便可得到数据xi中的较少噪声的信号，该较少噪声的信号为较纯净信号，并将该信号保存下来；

E、沿着胎心音信号X以基准胎音信号S信号长度依次向后滑就能得到整个胎心音信号X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束；最终，得到了去噪后的胎心音信号。

本发明胎心音去噪方法中优选的步骤D技术方案是：所述步骤D中的数据xi包括i段胎心音信号，每段胎心音信号xi均与M1、M2组成混合信号，再用ICA方法解混，即可得到该段胎心音信号xi中的较少噪声的信号，将所有段胎心音信号中的较少噪声的信号组合在一起并保存下来。

本发明胎心音去噪方法中优选的步骤E技术方案是：所述步骤E包括：

e1、沿着胎心音信号X以以基准胎音信号S信号长度依次向后滑就能得到整个X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束；

e2、将各分段的较纯净信号组合，即可得到去噪后的胎心音信号。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明通过对采集的胎心音信号分段，选取采集质量较好的段为基准，进行经验模式分解，将信号分解为多个IMF分量，然后对前两个IMF分量进行离散小波变换，再对变换后的信号进行ICA(独立成分分析)分析估计得到两个独立子波；然后将这两个独立子波分别与胎音信号的每一段组合，通过ICA方法分离该混合信号，提取得噪声较少的、较为纯净的信号；最后对提取到的比较纯净的胎音信号做进一步的分析，就能得到了去噪后的胎心音信号，能为怀孕期间的胎儿检测与监护提供准确、快捷、高质量的胎心音信号。

附图说明

图1为本发明生成独立子波过程的流程示意图；

图2为本发明获取纯净信号过程的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例一

如图1～图2所示，一种胎心音去噪的方法，其方法步骤如下：

A、对胎心音信号X进行分段：对胎儿心音的一个胎音周期的采集得到胎心音信号X，根据采样频率计算出一个胎音周期的最大点数是A，以及胎心音信号X的总长度L；根据公式N＝L/A计算出胎心音信号X的最少分段数N，并在胎心音信号X的最大点值进行分段：

B、确定基准胎音信号S：其步骤如下：

b1、计算步骤A中胎心音信号X各个分段的信噪比，选出所有分段中信噪比中的最大值和最小值，求得最大值和最小值的平均值为阈值T；

b2、将胎心音信号X中的所有分段与阈值T进行比较，如若连续三个段的信噪比均大于阈值T，则将这三个段保存并作为基准胎音信号S；

C、对步骤B中的基准胎音信号S进行EMD分解，选取前两个IMF分量IMF1、IMF2，然后对IMF1、IMF2两个IMF分量进行DWT离散小波变换，并将变换后的IMF1、IMF2记为a1、a2；然后将a1、a2混合到一起，再用ICA方法解混，得到两个独立子波函数M1、M2；

D、对胎心音信号X从头到尾依次取基准胎音信号S信号长度的数据xi，将xi与M1、M2组成混合信号，再用ICA方法解混，便可得到数据xi中的较少噪声的信号，该较少噪声的信号为较纯净信号，并将该信号保存下来；

E、沿着胎心音信号X以基准胎音信号S信号长度依次向后滑就能得到整个胎心音信号X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束；最终，得到了去噪后的胎心音信号。

本发明胎心音去噪方法中优选的步骤D技术方案是：所述步骤D中的数据xi包括i段胎心音信号，每段胎心音信号xi均与M1、M2组成混合信号，再用ICA方法解混，即可得到该段胎心音信号xi中的较少噪声的信号，将所有段胎心音信号中的较少噪声的信号组合在一起并保存下来。

本发明胎心音去噪方法中优选的步骤E技术方案是：所述步骤E包括：

e1、沿着胎心音信号X以以基准胎音信号S信号长度依次向后滑就能得到整个X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束；

e2、将各分段的较纯净信号组合，即可得到去噪后的胎心音信号。

实施例二

如图1～图2所示，一种胎心音去噪的方法，其方法步骤如下：

A.根据采样频率计算一个胎音周期的最大点数是s_max，根据胎音信号X的总长度Length和s_max算出最少分段数：Num＝Length/s_max.；

步骤A的具体实施步骤如下：

A1.根据采样频率计算一个胎音周期的最大点数是s_max；

A2.根据胎音信号X的总长度Length和s_max算出最少分段数：Num＝Length/s_max.。

B.计算各个段的信噪比，如若连续三个段的信噪比大于阈值TH，则将这三个段保存，作为基准胎音信号S。阈值TH的选取方法为所有分段的信噪比中的最大值和最小值后的平均值；

步骤B的具体实施步骤如下：

B1.计算各个分段的信噪比；

B2.如若连续三个段的信噪比大于阈值TH，则将这三个段保存，作为基准胎音信号S；

其中，阈值TH的选取方法为舍去所有分段的信噪比中的最大值和最小值后的平均值

C.对基准胎音信号S进行EMD分解，取前两个IMF分量IMF1、IMF2，然后对这两个IMF分量进行离散小波变换(DWT)，将变换后的IMF1、IMF2记为a1、a2，将a1、a2混合到一起，再用ICA解混，得到两个独立子波函数M1、M2。

步骤C的具体实施步骤如下：

C1.对基准胎音信号S进行EMD分解，取前两个IMF分量IMF1、IMF2；

C2.对这两个IMF分量进行离散小波变换(DWT)，将变换后的IMF1、IMF2记为a1、a2；

C3.将a1、a2混合到一起，再用ICA解混，得到两个独立子波函数M1、M2。

D.对信号X从头到尾依次取S信号长度的数据xi，将xi与M1、M2组成混合信号，再用ICA方法解混，便可得到xi的较少噪声的信号，我们称之为较纯净的信号，保存下来。

步骤D的具体实现步骤如下：

D1.对信号X从头到尾依次取S信号长度的数据xi，将xi与M1、M2组成混合信号；

D2.用ICA方法对混合信号解混，便可得到xi的较少噪声的信号，我们称之为较纯净的信号，保存下来。

E.沿着X信号以S的长度依次向后滑就能得到整个X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束。最终，得到了去噪后的胎心音信号。

步骤E的具体实施步骤如下：

E1.沿着X信号以S的长度依次向后滑就能得到整个X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束；

E2.将各分段纯净信号组合，得到了去噪后的胎心音信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种胎心音去噪的方法，其特征在于：其方法步骤如下：

A、对胎心音信号X进行分段：对胎儿心音的一个胎音周期的采集得到胎心音信号X，根据采样频率计算出一个胎音周期的最大点数是A，以及胎心音信号X的总长度L；根据公式N＝L/A计算出胎心音信号X的最少分段数N，并在胎心音信号X的最大点值进行分段：

B、确定基准胎音信号S：其步骤如下：

b1、计算步骤A中胎心音信号X各个分段的信噪比，选出所有分段中信噪比中的最大值和最小值，求得最大值和最小值的平均值为阈值T；

b2、将胎心音信号X中的所有分段与阈值T进行比较，如若连续三个段的信噪比均大于阈值T，则将这三个段保存并作为基准胎音信号S；

C、对步骤B中的基准胎音信号S进行EMD分解，选取前两个IMF分量IMF1、IMF2，然后对IMF1、IMF2两个IMF分量进行DWT离散小波变换，并将变换后的IMF1、IMF2记为a1、a2；然后将a1、a2混合到一起，再用ICA方法解混，得到两个独立子波函数M1、M2；

D、对胎心音信号X从头到尾依次取基准胎音信号S信号长度的数据xi，将xi与M1、M2组成混合信号，再用ICA方法解混，便可得到数据xi中的较少噪声的信号，该较少噪声的信号为较纯净信号，并将该信号保存下来；

E、沿着胎心音信号X以基准胎音信号S信号长度依次向后滑就能得到整个胎心音信号X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束；最终，得到了去噪后的胎心音信号。

2.按照权利要求1所述的一种胎心音去噪的方法，其特征在于：所述步骤D中的数据xi包括i段胎心音信号，每段胎心音信号xi均与M1、M2组成混合信号，再用ICA方法解混，即可得到该段胎心音信号xi中的较少噪声的信号，将所有段胎心音信号中的较少噪声的信号组合在一起并保存下来。

3.按照权利要求2所述的一种胎心音去噪的方法，其特征在于：所述步骤E包括：

e1、沿着胎心音信号X以以基准胎音信号S信号长度依次向后滑就能得到整个X的较纯净信号，当取到某个xi的长度超过了X的长度，则结束；

e2、将各分段的较纯净信号组合，即可得到去噪后的胎心音信号。